串聯式開關電源輸出電壓濾波電路1-2-2．串聯式開關電源輸出電壓濾波電路大多數開關電源輸出都是直流電壓，因此，一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。

圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯式開關電源工作原理圖。

圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎上，增加了一個整流二極管和一個LC濾波電路。

其中L是儲能濾波電感，它的作用是在控制開關K接通期間Ton限制大電流通過，防止輸入電壓Ui直接加到負載R上，對負載R進行電壓沖擊，同時對流過電感的電流iL轉化成磁能進行能量存儲，然后在控制開關K關斷期間Toff把磁能轉化成電流iL繼續向負載R提供能量輸出；C是儲能濾波電容，它的作用是在控制開關K接通期間Ton把流過儲能電感L的部分電流轉化成電荷進行存儲，然后在控制開關K關斷期間Toff把電荷轉化成電流繼續向負載R提供能量輸出；D是整流二極管，主要功能是續流作用，故稱它為續流二極管，其作用是在控制開關關斷期間Toff，給儲能濾波電感L釋放能量提供電流通路。

在控制開關關斷期間Toff，儲能電感L將產生反電動勢，流過儲能電感L的電流iL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D的正極，然后從續流二極管D的負極流出，最后回到反電動勢eL的負極。

對于圖1-2，如果不看控制開關K和輸入電壓Ui，它是一個典型的反г型濾波電路，它的作用是把脈動直流電壓通過平滑濾波輸出其平均值。

圖1-3、圖1-4、圖1-5分別是控制開關K的占空比D等于0.5、0.5時，圖1-2電路中幾個關鍵點的電壓和電流波形。

圖1-3-a)、圖1-4-a)、圖1-5-a)分別為控制開關K輸出電壓uo的波形；圖1-3-b)、圖1-4-b)、圖1-5-b)分別為儲能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-3-c)、圖1-4-c)、圖1-5-c)分別為流過儲能電感L電流iL的波形。

在Ton期間，控制開關K接通，輸入電壓Ui通過控制開關K輸出電壓uo，然后加到儲能濾波電感L和儲能濾波電容C組成的濾波電路上，在此期間儲能濾波電感L兩端的電壓eL為：

eL=Ldi/dt=Ui–Uo——K接通期間(1-4)

式中：Ui輸入電壓，Uo為直流輸出電壓，即：電容兩端的電壓uc的平均值。

在此順便說明：由于電容兩端的電壓變化量ΔU相對于輸出電壓Uo來說非常小，為了簡單，我們這里把Uo當成常量來處理。

在某種情況下，如需要對電容的初次充、放電過程進行分析時，必須需要建立微分方程，并求解。

因為輸出電壓Uo的建立需要一定的時間，精確計算得出的結果中一般都含有指數函數項，當令時間變量等于無窮大時，即電路進入穩態時，再對相關參量取平均值，其結果就基本與(1-4)相等。

對(1-4)式進行積分得：

式中i(0)為控制開關K轉換瞬間(t=0時刻)，即：控制開關K剛接通瞬間流過電感L的電流，或稱流過電感L的初始電流。

當控制開關K由接通期間Ton突然轉換到關斷期間Toff的瞬間，流過電感L的電流iL達到最大值：

iLm=(Ui-Uo)Ton/L+i(0)——K關斷前瞬間(1-6)

在Toff期間，控制開關K關斷，儲能電感L把磁能轉化成電流iL，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，在此期間儲能濾波電感L兩端的電壓eL為：

eL=Ldi/dt=–Uo——K關斷期間(1-7)

式中–Uo前的負號，表示K關斷期間電感產生電動勢的方向與K接通期間電感產生電動勢的方向正好相反。

對(1-7)式進行積分得：

式中i(Ton+)為控制開關K從Ton轉換到Toff的瞬間之前流過電感的電流，i(Ton+)也可以寫為i(Toff-)，即：控制開關K關斷或接通瞬間，之前和之后流過電感L的電流相等。

實際上(1-8)式中的i(Ton+)就是(1-6)式中的iLm，即：

上面計算都是假設輸出電壓Uo基本不變的情況得到的結果，在實際應用電路中也正好是這樣，輸出電壓Uo的電壓紋波非常小，只有輸出電壓的百分之幾，工程計算中完全可以忽略不計。

從(1-4)式到(1-11)和圖1-3、圖1-4、圖1-5中可以看出：

當開關電源工作于臨界連續電流或連續電流狀態時，在K接通和關斷的整個周期內，儲能電感L都有電流流出，但在K接通期間與K關斷期間，流過儲能電感L的電流的上升率(絕對值)一般是不一樣的。

在K接通期間，流過儲能電感L的電流上升率為Ui-Uo/L：；在K關斷期間，流過儲能電感L的電流上升率為：-Uo/L

因此：

(1)當Ui=2Uo時，即濾波輸出電壓Uo等于電源輸入電壓Ui的一半時，或控制開關K的占空比D為二分之一時，流過儲能電感L的電流上升率，在K接通期間與K關斷期間絕對值完全相等，即電感存儲能量的速度與釋放能量的速度完全相等。

此時，(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均等于0。

在這種情況下，流過儲能電感L的電流iL為臨界連續電流，且濾波輸出電壓Uo等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。

參看圖1-3。

(2)當Ui>2Uo時，即：濾波輸出電壓Uo小于電源輸入電壓Ui的一半時，或控制開關K的占空比小于二分之一時：雖然在K接通期間，流過儲能電感L的電流上升率(絕對值)，大于，在K關斷期間，流過儲能電感L的電流上升率(絕對值)；但由于(1-5)式中i(0)等于0，以及Ton小于Toff，此時，(1-11)式中的iLX會出現負值，即輸出電壓反過來要對電感充電，但由于整流二極管D的存在，這是不可能的，這表示流過儲能電感L的電流提前過0，即有斷流。

在這種情況下，流過儲能電感L的電流iL不是連續電流，開關電源工作于電流不連續狀態，因此，輸出電壓Uo的紋波比較大，且濾波輸出電壓Uo小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。

參看圖1-4。

（3）當Ui<2Uo時，即：濾波輸出電壓Uo大于電源輸入電壓Ui的一半時，或控制開關K的占空比大于二分之一時：在K接通期間，雖然流過儲能電感L的電流上升率（絕對值），小于，在K關斷期間，流過儲能電感L的電流上升率（絕對值）。

但由于Ton大于Toff，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均大于0，即：電感存儲能量每次均釋放不完。

在這種情況下，流過儲能電感L的電流iL是連續電流，開關電源工作于連續電流狀態，輸出電壓Uo的紋波比較小，且濾波輸出電壓Uo大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。

參看圖1-5。

文章來自網絡摘抄，大家一起學習。

此帖出自電源技術論壇

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